시간들여 논문들을 조사하고 빔에 대한 기초적인 내용을 정리한 글 입니다.
표지는 psd 목업 소스를 활용해서 만들었는데 필요하시면 가져다 쓰세요. 내용이 도움이 됐으면 좋겠네요 :)
1-1. BIM의 정의
-20세기 70년대, 미국 조지아 공과대학교 건축학과 컴퓨터과학의 Dr. Charles Eastman가 발표한 BIM(Building Information Modeling)은 지금까지 사용되고 있으며 건설프로젝트에서 BIM기술의 응용은 세계적으로 광범위하게 보급되고 있다.
-2007년 말 <미국 국가 BIM 표준> 제 1판면에 현재 가장 폭넓게 인정되는 BIM의 정의가 명시되었다. 이 기준에서 BIM을 아래와 같이 정의하고 있다.
① BIM은 프로젝트의 물리적 기능적 특징을 디지털화 한 표현이다.
② BIM은 지식자원의 공유과정 및 건설사업의 전생애주기 중 모든 프로젝트 정보를 공유함으로써 단계별 의사결정에 근거를 제공한다.
③ BIM은 프로젝트의 각 단계에서 프로젝트 별 참가자를 추출, 삽입, 업데이트, 정보 수정을 통해 모든 단계의 조율작업을 할 수 있다.
BIM은 그동안 종이 위 2D 정보를 기반으로 진행하던 건설업에 새로운 변화와 혁신을 일으켰다. 건설프로젝트 전반에 정보를 활용한 3D검토와 관리가 가능해졌기 때문에 관계자간 신속하고 정확한 소통을 바탕으로 건설업의 생산성 향상과 관련 업무의 효율성을 높일 수 있게 되었다.
BIM기술이 도입되고 변화된 대표적 특성은 업무의 투명성, 연속성, 효율성 3가지이다. 2D로 작성된 설계 도면으로부터 시공과정 중에 발생하던 정보 누락, 설계오류, 시공 시 공종 간 간섭들에 의한 재시공과 같은 일들이 정보를 기반으로 한 3D BIM모델을 이용해 많은 부분들이 제거되었다.
이를 통해 건설사업 관계자들 간의 불확실한 정보를 바탕으로 한 의사소통에서 생겨나는 분쟁들까지 해결될 수 있다. 따라서 업무의 효율이 높아지고, 생산성 향상을 통한 비용절감과 공사기간 단축까지 가능할 것으로 기대하고 있다. 4차 산업혁명 관련 기술 중 건설산업 부분에 가장 파급력이 클 것으로 예상되는 핵심기술이기에 그 중요도가 점차 높아지고 있다.
1-2. BIM의 특징
① 가시화(可视化)의 특점
-건물의 3차원적인 디지털화 모형은 건축의 모든 실제적인 기하학적 정보와 물리학적 정보 등을 담고 있다. 이러한 모형에서는 건축물의 크기와 재료, 광원 등의 정보를 더욱 직관적으로 볼 수 있다. 뿐만 아니라 각종 자재 목록을 직접 생성하여 향후 공정 량의 계산에도 유익할 수 있다.（武文杰, 2018） 또한 건설사업의 다른 방면 정보에 대한 서술도 함께 포함하였다.
-예를 들면 대상명칭, 구조유형과 건축자재 등 설계의 파라미터이다. 그러므로 BIM의 가시화 특성은 매우 중요한 의미를 갖는다. 그것은 건축업계에 서로 교류할 수 있는 통상적인 플랫폼을 제공하고 건축의 설계효과를 더욱 효과적으로 표현 할 수 있으며 현장 근로자들이 설계도면의 내용과 중요 절점에서의 시공기술을 효과적으로 이해하도록 도와준다. BIM 디지털화 모델 중 전체 프로젝트의 설계와 시공을 시각화 할 수 있기 때문에 프로젝트의 설계, 시공, 운영 과정에서 고도의 효율적 작업을 할 수 있으며 사업의 품질과 진행의 차질을 더욱 효과적으로 보장할 수 있다.
② 조화성(协调性)의 특점
-BIM은 건물 전체의 각종 정보 데이터를 표현 할 수 있으며 하나의 프로젝트에 관한 모든 정보 데이터를 집적화 하여 처리 할 수 있다. 그리고 그것을 독립된 데이터베이스 에 저장하기 때문에 프로젝트 관리에 있어서 각 부문과 더욱 편리하게 협동할 수 있다. 예를 들어 사업자는 설계회사와 시공사는 동시에 BIM 데이터베이스에서 협동토론과 더욱 심층적인 교류를 할 수 있다.(兰晶晶, 2016)
-또 BIM기술은 내부와 외부의 자원을 완전히 통합함으로써 프로젝트의 정보화 관리를 실현한다. BIM기술의 공정 프로젝트는 정보관리모드에 기반으로 하고 BIM의 정보를 하나의 운반체로 한다. 또 인터넷 교류 플랫폼을 통해 프로젝트의 각 단위 각 핵심 기술 및 단계를 전면적으로 결합하고 서로 연관시켜 설계와 시공 등 관련 부서사이 신속하게 공동 관리하도록 한다.
③ 모의성(模拟性)의 특점
-BIM의 정보화 모형은 건축의 전 과정을 시뮬레이션하고 동태를 발견하는 시공과정 의 실수를 면할 수 있으며 공사현장의 불필요한 실수를 피하여 공사 원가를 절감할 수 있다. 건축 시공방안에 대한 시뮬레이션과 시공진도 관리 외에도 BIM을 이용한 에너지절약 시뮬레이션, 일조 시뮬레이션, 구조분석 시뮬레이션 등도 가능하다. BIM의 이와 같은 특성은 현장의 작업자들이 건축하는 프로젝트의 성능특징을 더욱 편히 요 해 할 수 있도록 설계를 최적화하고 시공 위험을 낮추는 등 역할을 한다.
④ 최적화(优化性)의 특점
-프로젝트 공정의 깊이와 진전에 따라 전반 설계와 시공, 운영의 과정에서 끊임없이 최적화 되어야 한다. BIM기술은 건축정보의 집적 관리를 통해 프로젝트 목표를 스스로 관리하고 실시간으로 최적화하여 공정설계와 시공의 질량을 높이고 공정관리 수준을 높여 공사건설 과정에서의 정보기술 동태의 우화성을 반영한다.
1-3. BIM의 필요성 (장점)
-BIM의 특징에 대한 분석을 통해 우리는 BIM이 기술 발전을 기초로 전체 건축 작업 방식의 변화를 이끌어 낸 혁명임을 알 수 있다. 그중 가장 직관적인 변화는 2차원에서 3차원까지, 3차원에서 N-D의 발전으로 건축프로젝트를 더욱 직관적으로 표현하여 단계별 조직사이 협동으로 이루어진 것이다. 종국적으로 불필요한 자금과 인원의 시간낭비를 줄이는 것을 목표로 한다.
① 기술의 발전: 2D작업을 하고 3D작업을 진행하던 프로세스에서 벗어나 즉 2차 작업에서 벗어나 특이한 형태의 설계 및 시공에 많은 가능성을 제공한다.
② 정보의 교류: 항목별 정보의 오류 등으로 인한 잘못된 충돌을 줄이고 서로 다른 플랫폼에 프로젝트가 실시되는 동일한 불편도 덜어준다.
③ 자원의 절약: 미국의 건축공사는 2008년에 1조288억 달러가 사용될 것으로 예상 되었다. 건축업 학회는 현재 미국의 비즈니스 모델 중 57%가 가치 없는 일에 낭비를 하고 있다고 발표했다. 즉 연간 6000억 달러 이상 낭비할 수 있다는 것을 의미 한다. BIM 기술 활용을 통해 이러한 낭비를 줄일 수 있다.
1-4. 건축설계사무소의 BIM기술 활용 실태와 한계
BIM이 국내에 도입된 지도 10여년이 충분히 지났고 많은 프로젝트나 연구를 통해 BIM의 효율성이 충분히 입증되었음에도 불구하고, 아직도 대규모 건축 설계사무소만이 BIM 시스템과 핵심기술을 보유하고 있다. 5인 미만의 사업체는 전체 사업체의 약 65%를 차지하고 있지만, 이 중 오직 4.5%만이 BIM 기술을 보유하고 있다.
대규모 사업체와 소규모 사업체의 이러한 기술적 격차의 가장 큰 원인은 교육의 어려움에 있다고 한다. 사실 설계사무소에서 실시하는 외부 교육 중 가장 높은 비율을 차지하는 것이 프로그램.컴퓨터.BIM 관련 교육인 점을 감안할 때, 이러한 기술들은 추가적인 시간과 비용을 투자하여 배워야 실무에서 활용 가능한 것인데, 실제로 소규모 건축사사무소에서 시간과 인력을 교육에 투자한다는 것은 어려운 일이다. BIM 기술이 단시간 훈련으로 숙달되는 것이 아니기 때문이다. (표 1 참조)
기존의 건축설계 업무는 기획 단계와 형태 디자인을 마친 후 평면도를 작성하고 배치도, 입면도, 단면도, 상세도 등 관련 도면들을 차례로 작성해 설계 도서 세트를 완성한다. 반면 BIM 설계는 정보를 보유한 객체들을 이용하여 모델링하고, 이 모델로부터 평면도, 입면도, 단면도 등 필요한 도면과 이미지를 추출한다. 분명 <도면 작성> 만을 두고 본다면, 효율적이라 할 수 있으나, 이를 위해 <모델링> 이라는 추가적인 작업이 필요한 것이다. 물론 완벽하게 만들어진 BIM 모델이 있다면 그 이후 과정은 쉽고 효율적이 되며 여러 가지 시뮬레이션을 통해 신뢰도 있는 여러 가지 결과를 얻을 수 있다.
하지만 BIM S/W에 익숙하지 않은 사용자는 <모델링>을 하는 과정 자체에 도면을 일일이 작성하는 것보다 더 많은 시간이 소요된다. 이 뿐 아니라 국내 설계도서 납품 기준에 맞추기 위하여 2D CAD 작업을 별도로 수행해야만 한다. 단순 반복작업을 탈피하여 프로세스를 효율적으로 개선할 수 있다고 알려진 BIM 기술을 활용하려면 또 다른 추가 작업(모델링)을 거쳐야만 하는 아이러니한 상황이 발생하는 것이다.
또한, BIM 기반 구조설계도서 작성의 업무효율성을 분석하여 기존 2D 도면과 BIM의 구조설계도서 작성 시간을 비교 검토한 연구가 있다. BIM 업무 방식을 통해 산출 한 결과물은 기존설계 단계에서 요구되어지는 기준으로 구현하기 위해 2D 요소를 추가해야만 하는 한계 때문에 기존 업무 방식과 비교하였을 때 BIM 설계 방식이 1.89배 더 많은 작업 시간이 소요된 것으로 발표되었다. 이는 작업자의 숙련도 뿐 아니라 BIM 환경의 한계도 보여주는 부분이다.
2-1. BIM 활용 해외 사례 (중국_상하이 타워)
설계 : 겐슬러(Gensler)사
위치 : Z3 lot, Lujiazui Fanatical Center
층수 : 9개의 구역, 지하 5층, 지상 128층
높이 : 632m
면적 : 570,000 ㎡
상하이 타워는 상하이 푸둥 신구에 있는 세계에서 세 번째로 높은 마천루이다. BIM으로 지어진 초고층 건축물로써, BIM설계로 지어진 대표적인 건축물 중의 하나이다. 현재 중국은 대도시를 중심으로 건설 산업 전반에 걸쳐 BIM 사용을 권장하고 있다. 따라서 대도시를 중심으로 BIM에 관한 지침을 만들어 활용하고 있다.
상하이 센터는 BIM 운영 관리 플랫폼을 기반으로 모델 관리, 에너지 관리, 비상 상황 관리, 자산 관리, 시설물 유지보수 등의 모듈을 설정한다. 모듈은 여러 공통 애플리케이션에 통합될 수 있다. 모든 애플리케이션은 하나의 인터페이스에서 작동할 수 있으며 쉽게 사용 가능하다. BIM 모델을 기반으로 정적 데이터와 동적 모니터링 데이터를 포함한 다양한 비즈니스 데이터를 결합하여 스마트하고 직관적인 운영 관리를 실현할 수 있다.
2010년 중국 내 건설 시장의 전체 건설면적은 70억 제곱미터에 달하고, 그 중 완성된 건축물 면적은 26억 평방미터였다. 그러나, 건설업의 호황에도 불구하고 건설 산업내의 문제점으로 건설폐기물에 관한 심각성을 간과할 수 없었다.
중국내의 10,000 평방미터의 주거 건축물에서 생성된 건설 폐기물의 양은 500-600톤이었다. 이는 도시 쓰레기의 25%를, 도시의 22%를 차지했다. 이러한 건설폐기물에 의한 환경오염의 심각성이 대두되면서 중국의 건설 시장 내에서도 변화의 바람이 불고 있으며, 변화의 한 일면으로 BIM을 사용하게 됐다. 중국의 건설산업 내에서 BIM 사용을 가정했을 때, 건설 비용 추정 시간을 80%까지 단축하고 추가 예산의 40%가 감소된다는 결과가 나왔다. 결과대로라면 건설폐기물을 상당부분 줄일 수 있었다.
(출처 : China Construction Research Institute, 2012 statistics)
이러한 내용을 뒷받침하는 증거로 미국의 스탠포드 대학의 조사자료가 있다. 스탠포드 대학의 CIFE 센터에서는 미국의 BIM애플리케이션에 의한 32개 프로젝트에 대해 막대한 이익과 효과에 대한 사항을 요약·발표했다.
① 추가 예산 40% 감소
② 비용 추정 시간 80% 단축
③ 프로젝트 계약 가격 10% 감소 (중국 내 지난 5년간 계약자의 평균 수익은 2.8%-3.3% 증가했다.)
④ 프로젝트 기간 평균 7% 단축
이러한 결과로 상하이 타워를 건축하기 위해 BIM을 사용하게 된 것이다.
상하이 타워 BIM설계의 문제점
① 인력관리 : 상하이 타워는 초고층 건축물인 만큼 공사를 위한 인력 또한 방대하다. BIM설계를 위한 전문가 그룹 뿐만 아니라 설계, 시공업체, 하청업체, 코디네이터들의 어떻게 효율적으로 관리할 것인가의 대한 문제해결 방안이 요구됐다.
② 정보관리 : 초고층 건축물 프로젝트는 초기 단계에서부터 설계, 시공에 이르기까지 방대한 자료를 관리해야 하는데 이러한 자료와 정보를 어떻게 관리해야 하는지에 관한 문제는 큰 고민중의 하나이다. 이러한 자료는 저장 뿐만 아니라 재사용, 공유, 업데이트, 변경 등 건축물의 전 생명주기 동안 사용되는 정보로 초고층 건축물 공사를 위한 방대한 자료 및 자료의 공유에 필요한 운영체제 및 관련 기술에 관한 해결 방안이 요구됐다.
③ 비용관리 : 상하이 타워는 초고층 건축물인 만큼 대규모 프로젝트에서 요구되는 비용을 마련하기가 만만치 않았다. 또한, 프로젝트를 진행하는 동안 발생되는 비용처리 및 정산에 관한 체계적이고 투명한 관리 방안이 요구됐다.
④ 일정관리 : 상하이 타워는 대규모 프로젝트인 만큼 긴 시간을 요구하는 라이프 사이클 프로젝트이다. 따라서 초고층 건축물에 대한 분석을 통해 공사 기간을 단축 시킬 수 있는 방법이 요구됐다.
상하이 타워의 BIM설계를 위한 방법론
① 효과적으로BIM설계를 하기 위한 전문가 그룹의 구성 : 초고층 건축물 설계를 위한 전문적인 지식과 경험을 가진 조직을 구성하고 초기 단계에서부터 BIM설계를 위한 전문가 그룹을 구성하여 협업이 가능하도록 했다.
② BIM설계를 하기 위한 첨단 기술의 정보와 응용 : 상하이 타워를 효과적으로 건설하기 위해 새로운 기술(소프트웨어) 및 운영체제를 사용한 건축물의 BIM설계 방안이 대두됐다. 초고층 건축물의 생성과정과 협업과정의 이해를 돕기 위해 가상의 건축물을 구축하기로 했다. 가상의 건축물은 BIM관련 소프트웨어를 이용해 설계 및 시공과정에 사용되며 그에 관한 정보 및 데이터 관리가 가능하다.
③ 거대 자본 투자자 및 전문 컨설팅 : 상하이 타워는 블루오션 전략으로 중국의 거대 자본으로 만들어지는 프로젝트로, BIM설계로 인해 초고층 건축물에 대한 가치 상승을 가져올 것으로 예상됐다.
④ 초고층 건축물 시공에 관한 정보 취합 : 상하이 타워는 BIM설계를 이용해 초고층 건축물에 대한 가치 창출을 위한 유사한 건축물의 시공방식을 비교 분석했으며, 장기 프로젝트를 위한 BIM설계의 전략적 위치를 선점할 수 있었다.
2-2. BIM 활용 국내 사례 (현대엔지니어링)
현대엔지니어링 내 BIM 조직은 BIM 기술을 회사의 자산으로 흡수시키고 구성원들이 직접 BIM을 운영할 수 있는 역량을 갖추기까지 그 토대를 닦는 업무를 수행하고 있다. 기존의 건설산업에서는 누가 가장 빠르고 경제적으로 지을 수 있느냐가 시공회사의 능력을 평가하는 기준이 되었다면, BIM 도입 이후에는 모두에게 동일하게 제공된 정보를 어떻게 가공하고 활용하느냐가 평가의 기준이 되었다.
‘가격 경쟁력’ 이 강조되던 기존 업계 분위기가 ‘능력 경쟁력’ 으로 전환되었다는 것이다. 여기서 ‘능력 경쟁력’ 이란 구축된 BIM 데이터를 활용하여 빌딩 Lifecycle의 비용절감, 최적의 공법선정, 공기단축 등의 건설사업 관계자의 요구사항을 충족시킬 수 있는 BIM 활용 능력이라고 할 수 있다.
3-1. BIM의 전망
① 영국, 미국, 싱가포르 등 해외에서는 이미 공공사업 시 BIM을 적극적으로 활용하고 있다. 우리나라 정부도 비슷한 길을 가고 있다. 일정 규모의 발주 물량이 안정적으로 나오는 공공기관에서 그렇게 한다는 것은 국가가 전체 패러다임을 바꾸고자 하는 의지를 가지는 것이 아닐까? 현재 건설업계는 부재를 공장에서 만들고 현장에서 조립만 하자는 “오프사이트” 중심의 업무환경으로 변하는 추세이다.
과거에는 문화재를 중심으로 사용됐던 BIM 기술이 앞으로는 일반 건축물과 산업 플랜트에 효율적으로 활용될 것으로 보여진다. BIM이 아직 연구단계가 아니냐고 했던 대형 건설사 혹은 공공 발주기관 종사자들도 학교보다도 빠르게 움직이고 있다.
② 우리나라의 BIM 전망 : BIM이 갖고 있는 엔지니어링 정보로서의 가치를 활용하려면 기존 분리된 형태로 외주를 맡기는 방식이 아닌 발주처, 건축사사무소, 협력사 등 전체 집단의 BIM 기술에 대한 이해도가 필요하다.
중소 건축사사무소들 중에서도 설계 프로세스를 BIM 기반으로 바꾸려고 준비하는 곳들이 있다. 또한 예전의 2D 설계 후 BIM 업체에 외주를 맡기는 방식에서 건축사사무소 직원들 스스로가 BIM을 직접 배우려고 하는 바람직한 노력들이 보여진다. 그렇기에 BIM 이 언제쯤 건축계에서 활발하게 사용될지를 묻는다면 그런 시기는 “이미 왔다.”고 말할 수 있다고 한다.
3-2. 결론
UN에 따르면 2050년까지 세계 인구는 97억 명이 되 것이라고 한다. 우리는 미래를 위해 더 똑똑하고 탄력적인 공간을 생성할 수단으로서 더 정확하고 효율적인 설계 및 건축 방법을 찾아야 한다. BIM 기술은 인력, 정보, 일정, 비용 관리에 대한 효율성을 가지며 더 나은 공간을 생성하는 수단이라 할 수 있고, 그러한 이유로 BIM은 전 세계적으로 점차 의무화 되고 있다.
여러 자료 리서치를 통해 국내 BIM 활용 실태에 대해 알아봤을 때, 프로그램 숙달과 실제 응용에 어려움이 있는 BIM의 특성 상 대규모 건축 설계 사무소와 대기업을 제외하면 BIM 시스템으로의 전환은 아직 과도기적 단계로 보여진다.
그러나 BIM의 도입이 가져다 줄 여러가지 측면에서의 막대한 이익과 효과에 대한 부분은 이미 입증된 사실이고, 기존 2D 도면 설계의 방식에서 3D, 4D로의 변화는 이미 시작됐고 천천히 이뤄지고 있다고 보여진다. 작성자 본인이 논문 리서치를 위해 Web DB에 ‘BIM’ 키워드를 입력했을 때 나오는 최신의 방대한 연구자료들이 BIM이 잠깐 지나가거나 곧 관심도가 낮아질 테마가 아닌 우리가 앞으로 나아가야 할 방향이라는 사실을 입증하는 듯 했다.
CAD 시스템이 1990년대부터 건축사들의 작업 환경을 크게 변화시킨 것처럼, BIM 기술은 완성도 높은 건축의 실현과 실천을 위한 도구로서 또다른 변화를 가져올 것이다. 그러나 BIM은 어렵다. 필자가 학교를 다니며 한 학기 REVIT을 배우는 정도로는 쉽게 응용할 수 없는 프로그램 이었다.
“연필에서 마우스로 작업도구가 변경되는 수준이 아닌 근본적인 방법이 바뀌는 것이기 때문에
1인 건축사와 중소상공인 규모의 건축사들은 이런 변화의 속도를 따라가기 힘들다.
항상 시간과 싸워야 하는 관련 종사자들에게 BIM은 판타지일까, 구원일까?” - 김현우 건축사
BIM을 지원하는 방법론인 Revit이라는 프로그램을 배우며 단순히 직선 두 개를 그려서 벽이라고 하는 것이 아니라 ‘벽’ 기능을 이용해서 정확한 형상으로 만들어야 비로소 벽이 되는 복잡성, 수많은 요소들을 능숙하게 따라가지 못했던 개인적인 경험을 통해, BIM이 더 나은 공간을 생성하는 수단이 되려면 시간투자와 많은 학습이 필요하다는 결론을 낼 수 있엇다.
출처
/ 명지대학교 대학원 건축학과 <방 림> 석사학위 논문 (2018)
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